Спосіб діагностики пошкоджень у вигляді отворів і тріщин в тонкостінних виробах

Реферат: Винахід належить до технічної діагностики, а конкретніше - до способу контролю якості виробів, і може застосовуватися для виявлення існування або зародження наскрізних пошкоджень при оцінці реальної несучої здатності машин і можливості їх експлуатації. Спосіб діагностики пошкоджень у вигляді отворів і тріщин в тонкостінних виробах полягає в тому, що при навантаженнях визначають напружено-деформований стан виробу, при цьому переміщення вимірюють при неруйнуючому навантаженні, за яке приймається діюче експлуатаційне навантаження, місця вимірювання будь-яких переміщень визначають через запропонований алгоритм регуляризації задачі, при цьому функції анізотропії геометричних розмірів тонкостінного виробу параметризують координатами вузлів замкненої ламаної лінії, а вказані параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації значень обчислених переміщень до виміряних, і по набутих значеннях параметрів визначають геометричні розміри та форму отворів або тріщин у виробі. Винахід дозволяє підвищити точність, оперативність та розширити діапазон визначення у виробі пошкоджень (отворів та тріщин) в процесі експлуатації і місць розташування та розмірів пошкоджень. UA 100361 C2 (12) UA 100361 C2 UA 100361 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід належить до технічної діагностики, а конкретніше - до способу контролю якості виробів, і може застосовуватися для виявлення існування або зародження наскрізних пошкоджень при оцінці реальної несучої здатності машин і можливості їх експлуатації. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб визначення напружено-деформаційного стану виробу [патент UA 35141 A, 15.03.2001. Спосіб визначення напружено-деформаційного стану зразка]. Суть способу полягає в тому, що навантаження докладають до досліджуваної поверхні виробу, вимірюють роботу виходу електрону з цієї поверхні за методом контактної різниці потенціалів до та після прикладення навантаження і за отриманими даними визначають вид поверхневих деформацій, тип напружень та зародження руйнування виробу. Недоліком такого способу є невисока точність визначення поверхневих деформацій. Спосіб має обмежену сферу застосування, оскільки належить тільки до пласких зразків. Цей спосіб має низьку продуктивність, обумовлену тим, що потрібно виконувати певні умови для проведення досліджень, такі як зразкова чистота та сталі атмосферний тиск, вологість. До недоліків варто також віднести те, що досліджувана поверхня має бути відкрита та доступна для впливу електромагнітного випромінювання. Задача винаходу полягає в підвищенні точності, оперативності та розширенні діапазону визначення у виробі пошкоджень (отворів та тріщин) в процесі експлуатації і місць розташування та розмірів пошкоджень. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що за неруйнуюче навантаження приймається діюче експлуатаційне навантаження, місця вимірювання будь-яких переміщень визначають через запропонований алгоритм регуляризації задачі, при цьому функції анізотропії геометричних розмірів тонкостінного виробу параметризують координатами вузлів замкненої ламаної лінії, а вказані параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації значень обчислених переміщень до виміряних, і по набутих значеннях параметрів визначають геометричні розміри та форму отворів або тріщин у виробі. Перевага запропонованого підходу порівняно з відомими полягає в тому, що за навантаження на виробі для отримання інформації про його деформований стан використовують експлуатаційне навантаження, а місця вимірювання визначаються за допомогою алгоритму регуляризації, що дозволяє ідентифікувати місце розташування та форму наскрізного пошкодження з достатньої для оцінки реальної несучої здатності точністю, використовувати стандартні обчислювальні алгоритми методу скінченних елементів, методів адаптації типу Ньютона, методу регуляризації Адамара. При цьому запропонована послідовність операцій навантаження, вимірювання та обчислення, прийнята послідовність обробки інформації при вимірах у поєднанні з попередньою інформацією про місця спостереження характеризує причинно-наслідкові зв'язки між поставленою задачею і ознаками винаходу і задовольняють критеріям винаходу. Дія способу показана на кресленні. Спосіб діагностики місць розташування та форми наскрізного пошкодження в тонкостінному виробі полягає в тому, що для виробу з закріпленими на ньому датчиками переміщень (блок 1), навантаженого експлуатаційними навантаженнями (блок 2), визначають за допомогою блока вимірювань 3 переміщення. u *  u1, uN  , де N - загальна кількість датчиків на поверхні виробу, яка визначається технічними можливостями (N  12) , ui - числове значення переміщення в точці виміру з координатами ( x1, x i2 ) , ( x1 , x 2 - система координат, пов'язана з поверхнею виробу). Інформація i 45 50 про навантаження та вектор u * надається в блок 4, де зберігається математична модель непошкодженого виробу та початкова форма пошкодження. Модель перебудовується з урахуванням початкового наближення для опису пошкодження, центр якого розміщується в точці, де ui  max i ui , i  1 N . У блоці 5 обчислюється матриця чутливості, для її регуляризації ,... обираються інформативні місця вимірів. Далі порівнюються обчислений на основі математичної моделі вектор u і вектор u * переміщень у інформативних точках, отриманий через виміри. В блоці 6 обчислюється наступне наближення значень розмірів і розташування пошкодження. Процес закінчується при реалізації умови  K 12 i i   i  ui*  ui    i ,i  1,K . Де K - число інформативних точок вимірів;  - задане мале число. Модель пошкодження має вигляд багатокутника з вершинами, які мають координати ( x1, x 2, j  1 M) , які в процесі ,... j j 1 UA 100361 C2 ідентифікації обираються за вектор пошкодження, використовується вектор    значень координат, що параметризують модель  H  Hj ,Hj  x1, x2 j  1 M . , j j 5 Матриця чутливості обчислюється як     j  A  aij    i  1,N, j  1,M.  Hi      Для регуляризації задачі, тобто для визначення інформативних значень j1, jk з числа j  1,M та i1, ik з числа i  1,N, використовується умова Адамара [3] aidid  k  m1 aid jm  0 , (1) id - номер рядка. 10 Кількість рядків, в яких при aikik  aipip , p  1 K виконується умова (1), визначає число K та , номери j1, jk , i1, ik . Ідентифікація параметрів H реалізується чисельно у вигляді ітеративного адаптивного алгоритму: 1 H(n)  H(n1)  A(n1)(n1) , 15 20 25 30 n - номер ітерації. Блоки вимірювань можуть бути виконані традиційними методами. Блоки математичної моделі і адаптації використовують персональні комп'ютери, пакет прикладних програм визначення напружено-деформованого стану (наприклад, COSMOS, ANSYS, NASTRAN) і програмну реалізацію алгоритму адаптації. Запропонований спосіб в порівнянні з прототипом має такі переваги: 1) вища точність, яка забезпечується обиранням точок вимірювання переміщень та деформацій; 2) ширший діапазон застосування: запропонованим способом можна визначати наявність пошкоджень в тонкостінних конструкціях (пластини і оболонки) різних форм, а в прототипі це обмежено пласкими зразками; 3) оперативність, так як забезпечує отримання інформації про стан конструкції в режимі реального часу, на відміну від прототипу, де ця інформація може бути отримана після тривалих покрокових випробувань; 4) наближеність до промисловості на відміну від прототипу, який потребує виконання певних умов для проведення досліджень, такі як зразкова чистота та сталі атмосферний тиск і вологість. За технічним рішенням, яке заявляється, були проведені лабораторні випробування з позитивними результатами. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 Спосіб діагностики пошкоджень у вигляді отворів і тріщин в тонкостінних виробах, який полягає в тому, що при навантаженнях визначають напружено-деформований стан виробу, який відрізняється тим, що переміщення вимірюють при діючому експлуатаційному навантаженні за допомогою датчиків в точках на поверхні виробу, які визначають за допомогою числового алгоритму регуляризації, а функції, що описують вигляд пошкодження, параметризують координатами вузлів замкненої ламаної лінії, вказані параметри ідентифікують за допомогою алгоритму адаптації значень обчислених переміщень до виміряних, і по набутих значеннях параметрів встановлюють місця розташування та розміри пошкоджень. 2 UA 100361 C2 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3